(57)【要約】【課題】電源電圧の変化に対して、より確実にインバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保つ誘導加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】制御回路７により、制御対象値検知手段１０の出力値が所定の値になるように、スイッチング手段４ａの導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変すると共に、入力電圧検知手段９の出力値に応じて、スイッチング手段４ａの可変要素の上限値を可変するようにしたことにより、電源異常に起因するインバータ回路４への電源電圧の急峻な変動などに対して、インバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保ち、安価で使い勝手が良くかつ信頼性を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱コイルとスイッチング手段を含み、交流電源を整流および平滑した直流を高周波交流に変換し、前記加熱コイルに高周波電流を供給して被加熱体を誘導加熱するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記スイッチング手段の導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変して前記被加熱体への誘導加熱出力を制御する駆動手段と、前記交流電源の電圧を検知する入力電圧検知手段と、前記被加熱体への誘導加熱出力に対応した制御対象値を検知する制御対象値検知手段とを有し、前記制御回路により、前記制御対象値検知手段の出力値が所定の値になるように、前記スイッチング手段の可変要素を可変すると共に、前記入力電圧検知手段の出力値に応じて、前記スイッチング手段の可変要素の上限値を可変するようにした誘導加熱装置。
【請求項２】
交流電源の定格値に対して、所定の電圧範囲では、スイッチング手段の可変要素の上限値は不変とした請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
制御対象値検知手段を、インバータ回路への入力電流を検知する入力電流検知手段とした請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
制御対象値検知手段を、スイッチング手段の両端電圧を検知するスイッチング手段両端電圧検知手段とした請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
制御対象値検知手段を、加熱コイルに流れる電流を検知する加熱コイル電流検知手段とした請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
制御対象値検知手段を、スイッチング手段に流れる電流を検知するスイッチング手段電流検知手段とした請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
インバータ回路は加熱コイルと共振ループを形成する共振コンデンサを備え、制御対象値検知手段を、前記共振コンデンサの両端電圧を検知するコンデンサ両端電圧検知手段とした請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
インバータ回路は加熱コイルと共振ループを形成する共振コンデンサを備え、制御対象値検知手段を、前記共振コンデンサに流れる電流を検知するコンデンサ電流検知手段とした請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、誘導加熱調理器などとして用いられる誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘導加熱装置について、一般家庭やレストランあるいはオフィスなどで使用される誘導加熱調理器を例にとって説明する。
【０００３】
この種の誘導加熱調理器では、交流電源の電圧変化に応じて、インバータ回路の制御対象（インバータ回路への入力電流、スイッチング手段の両端電圧など）の制限値を可変するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２４５９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、例えば、交流電源の電圧変化に応じて、インバータ回路への入力電流の制限値を可変する場合において、交流電源の電圧低下に対しては、その電圧低下に相当する分の入力電流制限値を小さく設定する。しかし、この変更幅が不十分となる動作点で動作する負荷であると、小さく再設定された入力電流制限値に到達する以前に、交流電源の定格値にて設定された最大駆動時間比まで駆動時間比を増加させる動作を駆動時間比制御手段が行う。このため、この状態で交流電源が元の電圧値に急峻に復帰してしまうと、駆動時間比制御手段が駆動時間比を元の状態まで小さくしている間に、インバータ回路は最大駆動時間比での動作を余儀なくされ、インバータ回路を構成する電子部品、スイッチング手段などの電気的責務がその部品の許容値を超え、最悪は破壊に至ってしてしまうという課題を有していた。
【０００５】
また、機器の高出力化が進むことで、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務も増大して行くが、その許容値に対する十分なマージンを確保するには、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務の許容値自体を向上することが最も簡単である。しかし、その電子部品の製造歩留まり悪化などに起因するコストアップや、電気的責務の許容値の向上とトレードオフの関係にある物理量の増大が生ずるという課題があった。例えば、スイッチング手段となるＩＧＢＴの場合、電気的責務である耐圧の向上に伴い、導通損失やスイッチング損失が増大する傾向にあり、その損失分を十分冷却する冷却構成にするため、冷却ファンの風量増加やヒートシンクなどの大型化、それに伴う騒音増加、加熱効率の低下などが生じてしまう。また、共振コンデンサの場合も同様で、電気的責務である耐圧や許容電流の向上に伴い、フィルムコンデンサではフィルムの膜厚増に伴う部品体積の増大による設置スペースの確保が困難になったり、フィルム量の増加によるコストアップが生じたりする。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電源電圧の変化に対して、より確実にインバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保ち、安価で、使い勝手が良く、かつ信頼性の高い誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、制御回路により、制御対象値検知手段の出力値が所定の値になるように、スイッチング手段の導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変すると共に、入力電圧検知手段の出力値に応じて、スイッチング手段の可変要素の上限値を可変するようにしたものである。
【０００８】
これによって、電源異常に起因するインバータ回路への電源電圧の急峻な変動などに対して、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保ち、安価で、使い勝手が良く、かつ信頼性の高い誘導加熱装置が提供できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の誘導加熱装置は、電源電圧の変化に対して、より確実にインバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、加熱コイルとスイッチング手段を含み、交流電源を整流および平滑した直流を高周波交流に変換し、前記加熱コイルに高周波電流を供給して被加熱体を誘導加熱するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記スイッチング手段の導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変して前記被加熱体への誘導加熱出力を制御する駆動手段と、前記交流電源の電圧を検知する入力電圧検知手段と、前記被加熱体への誘導加熱出力に対応した制御対象値を検知する制御対象値検知手段とを有し、前記制御回路により、前記制御対象値検知手段の出力値が所定の値になるように、前記スイッチング手段の可変要素を可変すると共に、前記入力電圧検知手段の出力値に応じて、前記スイッチング手段の可変要素の上限値を可変するようにした誘導加熱装置とすることにより、電源異常に起因するインバータ回路への電源電圧の急峻な変動などに対して、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保ち、安価で、使い勝手が良く、かつ信頼性の高い誘導加熱装置が提供できる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明において、交流電源の定格値に対して、所定の電圧範囲では、スイッチング手段の可変要素の上限値は不変としたことにより、例えば、所定の電圧範囲を交流電源電圧の定格値の±５％としている場合は、この±５％の電圧変動に対しては、スイッチング手段の導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の上限値を変更しないので、入力電圧検知手段の検知ばらつきや外乱ノイズによる誤検知などにより、不用意にスイッチング手段の可変要素の上限値を変更してしまい、所望の誘導加熱出力が得られなくなるという事態を回避することができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、制御対象値検知手段を、インバータ回路への入力電流を検知する入力電流検知手段としたことにより、インバータ回路への入力電流に対応した入力電流検知手段の出力を所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１または第２の発明において、制御対象値検知手段を、スイッチング手段の両端電圧を検知するスイッチング手段両端電圧検知手段としたことにより、スイッチング手段の両端電圧に対応したスイッチング手段両端電圧検知手段の出力を所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１または第２の発明において、制御対象値検知手段を、加熱コイルに流れる電流を検知する加熱コイル電流検知手段としたことにより、加熱コイルに流れる電流に対応した加熱コイル電流検知手段の出力を所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第１または第２の発明において、制御対象値検知手段を、スイッチング手段に流れる電流を検知するスイッチング手段電流検知手段としたことにより、スイッチング手段に流れる電流に対応したスイッチング手段電流検知手段の出力を所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１６】
第７の発明は、特に、第１または第２の発明において、インバータ回路は加熱コイルと共振ループを形成する共振コンデンサを備え、制御対象値検知手段を、前記共振コンデンサの両端電圧を検知するコンデンサ両端電圧検知手段としたことにより、共振コンデンサの両端電圧に対応した共振コンデンサ両端電圧検知手段の出力を所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１７】
第８の発明は、特に、第１または第２の発明において、インバータ回路は加熱コイルと共振ループを形成する共振コンデンサを備え、制御対象値検知手段を、前記共振コンデンサに流れる電流を検知するコンデンサ電流検知手段としたことにより、共振コンデンサに流れる電流に対応したコンデンサ電流検知手段の出力を所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置について、誘導加熱調理器を例にとって説明する。
【００２０】
本実施の形態においては、図１に示すように、交流電源（商用電源）１は、ブリッジ接続されたダイオードからなる整流回路２により整流され、チョークコイル３ａおよびコンデンサ３ｂからなる平滑回路３により平滑される。
【００２１】
インバータ回路４は、加熱コイル５とスイッチング手段４ａ、共振コンデンサ４ｂを含み、交流電源１を整流および平滑した直流を高周波交流に変換し、前記加熱コイル５に高周波電流を供給して鍋などの被加熱体６を誘導加熱する。
【００２２】
前記インバータ回路４の動作を制御する制御回路７は、前記スイッチング手段４ａの導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変して前記被加熱体６への誘導加熱出力を制御する駆動手段８と、前記交流電源１の電圧を検知する入力電圧検知手段９と、前記被加熱体６への誘導加熱出力に対応した制御対象値を検知する制御対象値検知手段１０とを有する。そして、前記制御回路７により、前記制御対象値検知手段１０の出力値が所定の値になるように、前記スイッチング手段４ａの前記可変要素を可変すると共に、前記入力電圧検知手段９の出力値に応じて、前記スイッチング手段４ａの可変要素の上限値を可変するようにしているものである。
【００２３】
前記制御回路７は、交流電源１の電圧の定格値に対して、スイッチング手段４ａの可変要素の上限値を予め記憶しており、制御対象値検知手段１０の出力値が所定の値に到達しない場合には、この上限値までスイッチング手段４ａの可変要素を可変させるが、それ以上には可変させないようにしている。
【００２４】
前記入力電圧検知手段９は、交流電源１の電圧値を検知するので、この検知した交流電源１の電圧に応じて、スイッチング手段４ａの前記可変要素の上限値を可変することができる。このため、交流電源１が定格電圧値から変動して制御対象値が所定の値から外れても、所定の値を得るために駆動手段８がスイッチング手段４ａの可変要素を変化させる。つまり、スイッチング手段４ａの可変要素と制御対象値との関係が、交流電源電圧が定格電圧値の時からずれた動作点で動作しようとしても、交流電源１の電圧変動量に応じて、スイッチング手段４ａの可変要素の上限値を可変して、そのずれた動作点以下で動作するようスイッチング手段４ａの可変要素を制限することができる。これにより、交流電源１の電圧が定格値である時の制御対象値よりも交流電源１の電圧が変動後の制御対象値を小さく、或いは同等レベルにすることができる。また、交流電源１の電圧が定格電圧で、スイッチング手段４ａの可変要素の上限値にしても、制御対象値が所定の値に達しないような動作をしている場合、交流電源１の電圧が変動した後の動作点を、その変動量に応じてスイッチング手段４ａの可変要素の上限値を可変するので、交流電源１の電圧変動後のインバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務を交流電源１の電圧が定格値の時のインバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務より小さく、或いは同等レベルにできる。
【００２５】
次に、前記制御対象値検知手段１０を、インバータ回路４への入力電流を検知する入力電流検知手段とした場合における誘導加熱調理器について説明する。
【００２６】
制御回路７は、被加熱体６への誘導加熱出力と相関のあるインバータ回路４への入力電流に基づいた入力電流検知手段（制御対象値検知手段１０）の出力値が所定の値になるように、スイッチング手段４ａの可変要素（例えば、導通時間）を駆動手段８により可変させて、加熱コイル５に供給する高周波電流を変化させ、この高周波電流によって、加熱コイル５から発生する高周波磁束により鍋などの被加熱体６を誘導加熱する。同時に、被加熱体６への誘導加熱出力を制御することができる。一般的には、スイッチング手段４ａの導通時間に対してインバータ回路４への入力電流が単調増加する特性となる領域で誘導加熱出力の制御を行う。
【００２７】
また、制御回路７は交流電源１の電圧の定格値に対して、スイッチング手段４ａの可変要素の上限値を予め記憶しており、入力電流検知手段の出力値が所定の値に到達しない場合には、この上限値までスイッチング手段４ａの可変要素を増加させるが、それ以上には増加させないようにしている。この上限値は、スイッチング手段４ａを一定周波数でスイッチング動作させている場合には、その周波数で規定される周期によりその可変要素（導通時間）が制限される。つまり、スイッチング手段４ａの応答速度や駆動手段８の生成する駆動パルス信号幅のばらつきがあっても、スイッチング手段４ａが常時導通状態にならないようにするなどのために設定する。また、スイッチング手段４ａの駆動周期を可変させて動作させている場合は、その駆動周波数が可聴域になり機器使用者には不快と感じられるインバータ回路４の動作音を聞かせないようにするためなどに設定する。
【００２８】
入力電圧検知手段９は、交流電源１の電圧値を検知し、この検知した交流電源１の電圧に応じて、図２に示すように、スイッチング手段４ａの導通時間の上限値を可変する。このため、図３の特性Ａで動作する被加熱体６であれば、交流電源１が定格電圧値から−１０％変動して入力電流が所定の値、１４Ａから外れ、１４Ａを得るために駆動手段８がスイッチング手段４ａの導通時間を変化させる。つまり、スイッチング手段４ａの導通時間と入力電流との関係が特性ＡＬとなり、交流電源１の電圧が定格電圧値の時の動作点ａからずれた動作点ａＬ１で動作しようとしても、交流電源１の電圧変動量に応じて、スイッチング手段４ａの導通時間の上限値を２９μｓに変更して、動作点ａＬ２で動作するようスイッチング手段４ａの導通時間を制限する。同様に、交流電源１が定格電圧値から＋１０％変動して入力電流が所定の値、１４Ａから外れ、１４Ａを得るために駆動手段８がスイッチング手段４ａの導通時間を変化させる。つまり、スイッチング手段４ａの導通時間と入力電流との関係が特性ＡＨとなり、交流電源１の電圧が定格電圧値の時の動作点ａからずれた動作点ａＨ１で動作しようとしても、交流電源１の電圧変動量に応じて、スイッチング手段４ａの導通時間の上限値を２５μｓに変更して、動作点ａＨ２で動作するようスイッチング手段４ａの導通時間を制限する。これにより、交流電源１の電圧が定格値である時の入力電流よりも交流電源１の電圧が変動後の入力電流を小さく、或いは同等レベルにすることができるので、交流電源１の電圧変動後のインバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務を交流電源１の電圧が定格値の時のインバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務より小さく、或いは同等レベルにできる。
【００２９】
また、交流電源１の電圧が定格電圧で、スイッチング手段４ａの導通時間の上限値にしても、入力電流が特性Ａに達しないような動作をしている特性Ｂの場合、交流電源１が定格電圧値から−１０％変動してスイッチング手段４ａの導通時間と入力電流との関係が特性ＢＬとなり、交流電源１の電圧が定格電圧値の時の動作点ｂからずれた動作点ｂＬ１で動作しようとしても、交流電源１の電圧変動量に応じて、スイッチング手段４ａの導通時間の上限値を２９μｓに変更して、動作点ｂＬ２で動作するようスイッチング手段４ａの導通時間を制限する。同様に、交流電源１が定格電圧値から＋１０％変動してスイッチング手段４ａの導通時間と入力電流との関係が特性ＢＨとなり、交流電源１の電圧が定格電圧値の時の動作点ｂからずれた動作点ｂＨ１で動作しようとしても、交流電源１の電圧変動量に応じて、スイッチング手段４ａの導通時間の上限値を２５μｓに変更して、動作点ｂＨ２で動作するようスイッチング手段４ａの導通時間を制限する。これにより、交流電源１の電圧変動後のインバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務を交流電源１の電圧が定格値の時のインバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務より小さく、或いは同等レベルにできる。
【００３０】
また、交流電源１の電圧が瞬間的に低下した後復帰する、すなわち、瞬時停電および瞬時低電が生じた場合、特性Ａの動作点ａで動作している時は、交流電源１の電圧が−１０％低下している期間は、スイッチング手段４ａの導通時間が交流電源１の定格電圧時より大きい状態、特性ＡＬの動作点ａＬ１で動作し、その後、瞬間的に交流電源１が定格電圧値に復帰して、この変化を、入力電流検知手段を通じて制御回路７が検知して、駆動手段８にスイッチング手段４ａの導通時間が小さくなるような信号を出力して制御する。つまり、スイッチング手段４ａの導通時間を交流電源１が定格電圧の時に戻そうとして、交流電源１が定格電圧の時に戻るまでの間は、交流電源１が定格電圧であるにも関わらず、スイッチング手段４ａの導通時間は大きいまま動作点ａ１で動作することになるが、入力電圧検知手段９が検知した交流電源１の電圧値に応じて、スイッチング手段４ａの導通時間の上限値を２９μｓに変更して、交流電源１の電圧が、定格値時のスイッチング手段４ａの導通時間における上限値３１μｓよりも小さくして動作点ａ２で動作するようにしているので、交流電源１の電圧が定格に復帰した直後でも、インバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に抑制することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置について説明する。
【００３２】
本発明の実施の形態において、実施の形態１との相違点は、図２に示しているように、交流電源電圧の定格値に対して、±５％の電圧範囲では、スイッチング手段４ａの導通時間の上限値３１μｓを変更しないようにしたことである。つまり、導通時間の上限値３１μｓを不変としているため、入力電圧検知手段９の検知ばらつきや外乱ノイズによる誤検知などにより、不用意にスイッチング手段４ａの導通時間の上限値を変更してしまい、所望の誘導加熱出力が得られなくなったり、不安定になったりする事態を回避している。
【００３３】
なお、上記した実施の形態１、２では、スイッチング手段４ａ、共振コンデンサ４ｂ、加熱コイル５などインバータ回路４を構成しているパワー部品を１つづつ含む構成で説明しているが、これらが複数組み合わさって構成されていても同様の効果がある。また、制御対象値検知手段１０をインバータ回路４への入力電流検知手段で説明したが、被加熱体６への誘導加熱出力と相関のある物理量、例えば、スイッチング手段４ａの両端電圧を検知するスイッチング手段両端電圧検知手段、加熱コイル５に流れる電流を検知する加熱コイル電流検知手段、スイッチング手段４ａに流れる電流を検知するスイッチング手段電流検知手段、共振コンデンサ４ｂの両端電圧を検知するコンデンサ両端電圧検知手段、共振コンデンサ４ｂに流れる電流を検知するコンデンサ電流検知手段などにしても同様であることは言うまでもない。更に、被加熱体６への誘導加熱出力の制御は、インバータ回路４の構成などに応じて、スイッチング手段４ａの導通時間に限らず、導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変させれば良い。また、交流電源１の電圧変動に対するスイッチング手段４ａの可変要素の上限値変更幅は、交流電源１の電圧変動に対するインバータ回路４の振る舞いに応じて、適宜変更しても良い。更に、入力電圧検知手段９が検知する電圧は、交流電源に対応してリニアに変化する物理量であれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、交流電源の電圧変動に対しても、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を交流電源の電圧が定格時とほぼ同等かそれ以下に抑制できるので、既に実用化されている誘導加熱調理器、誘導加熱式炊飯器はもとより、誘導加熱を応用可能な電気湯沸かし器、電気アイロン、食器洗い乾燥機、給湯器などの加熱装置の用途にも適用でき、更には、インバータ回路を用いた他の電気機器、電子レンジや冷蔵庫、洗濯機などにも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１、２における誘導加熱装置を示すブロック図
【図２】同装置における交流電源電圧とスイッチング手段の導通時間の上限値との関係を示すグラフ
【図３】同装置におけるスイッチング手段の導通時間とインバータ回路への入力電流の関係を示す特性図
【符号の説明】
【００３６】
１  交流電源（商用電源）
４  インバータ回路
４ａ  スイッチング手段
４ｂ  共振コンデンサ
５  加熱コイル
６  被加熱体
７  制御回路
８  駆動手段
９  入力電圧検知手段
１０  制御対象値検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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